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北海道大学工学部
機械知能工学科
大学院工学院

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エネルギー環境システム専攻

専攻の概要

現在、大気中の炭酸ガス濃度は380ppmを越えており、現在の上昇速度では560ppm(産業革命以前の2倍の濃度）を越えるのは時間の問題であると考えられています。グリーンランドや南極の氷を使って過去65万年間の大気中の炭酸ガス濃度を調査しても300ppmを超えていた期間はありません。地球温暖化の機構には正のフイードバックがあり、一旦閾値を越えると予想を遥かに超える事象が発生します。
エネルギー環境システム専攻では、熱エネルギー、電気エネルギー、原子力エネルギー、水素エネルギーおよび自然エネルギーの高効率発生と利用の研究として、燃料電池、ディーゼルエンジン、水素エンジン、軽水炉、高速増殖炉、核燃料サイクルの研究と全研究を網羅する流体の研究を行い、研究を通して気候変動の課題に対して世界的に貢献できる人材育成に取り組んでいます。

本専攻の最新情報、各研究室の詳細については、以下のホームページをご覧ください。

エネルギー環境システム専攻ホームページ：http://www.eng.hokudai.ac.jp/edu/div/eneenv/

エネルギー環境実験〜風洞実験室の様子エネルギー環境実験〜風洞実験室
風洞実験室は1972年札幌冬季オリンピックの3年前に建設されました。
当時のスキージャンプの実験から始まり、建築、自然環境、台風、風車、自動車空力など様々な実験が行われています。

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エネルギー生産・環境システム講座

■原子炉工学研究室

地球温暖化防止のエネルギー供給の切り札として世界中で原子力発電所が建設されています。原子力を身近で安心できるものにするために、故障や事故の予兆を検知して安全を確保する発電知能ロボットや惑星間航行用原子力宇宙船の開発を行っています。

原子力推進宇宙船に搭載する小型高速増殖炉《研究テーマ》

  • 熱・電・水素エネルギー供給用小型次世代炉の開発
  • 原子炉発電所の安心・安全を支援する発電知能ロボットの研究
  • 原子力発電所の長期サイクル運転・増出力・保全研究
  • 惑星間航行用原子力推進大型宇宙船の開発と炉心設計
  • 高速増殖炉の蒸気発生器の信頼性を向上させる研究

■原子力システム安全工学研究室

現在の原子力システムの安全性向上の研究、新型炉の安全研究を通して、原子力の有効性と安全性をより高めるための研究を行っています。

《研究テーマ》

    米国MITと協力して設計・安全解析評価研究を行っている超安全炉の概念
  • Very High Temperature Reactor (VHTR) Safety
    • ・高温ガス炉の安全研究
    ・燃料からの放射性物質移行モデルの研究他
  • Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) Safety
    • ・ナトリウム-水反応等の事故事象の解析手法の研究
    ・ナトリウム機器の研究他
  • Probabilistic Risk Assessment (PRA) Analysis
    • ・人間信頼性評価（HRA）の研究
    ・マルチユニットリスク評価他
  • Severe Accident/Source Term Analysis
    • ・過酷事故における事故事象進展の把握
    ・格納容器に移行する核分裂生成物の研究（エアロゾル制御）他

■原子力環境材料学研究室

廃炉のシナリオ評価や放射性トレーサーを用いた実験研究を進め、原子力発電所の合理的な廃止措置および原子力利用によって発生する放射性廃棄物の安全な処理・処分のための新たな工学技術の確立を目指しています。

地下深部模擬環境下での放射性核種の移行実験風景《研究テーマ》

  • 福島第一原子力発電所の合理的廃炉のための汚染コンクリート廃棄物の特性・廃棄物管理策評価
  • 原子力発電所の廃止措置におけるシナリオ評価技術の高度化
  • 地質媒体中の放射性核種の化学形態とそれらの移行メカニズムの研究
  • 放射性廃棄物容器材料の地下深部処分環境下での超長期健全性研究
  • 地下深部処分環境下での放射性核種の移行に対する人工バリア材の性能研究
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応用エネルギーシステム講座

■エネルギー変換システム研究室

環境調和型社会のために、高効率でクリーンなエネルギー変換技術の開発と、理想的な社会エネルギーシステムの提案を目指します。これらのミクロおよびマクロ的な視点から「地球環境の急速な変化」と「エネルギー資源の枯渇」の解決に挑戦します。

内部可視化用燃料電池セル《研究テーマ》

  • 固体高分子形燃料電池内の移動現象解明と高度化
  • 寒冷地向け燃料電池内の凍結現象解明
  • 大容量レドックスフロー電池内の移動現象解明
  • Li-air電池の高出力化に向けた移動現象解明
  • 水素・高温熱供給のための電気化学デバイス開発
  • 北海道の持続可能なエネルギーシステムの提案

■流れ制御研究室

理論や計算では発見できない実験ならではの流体力学の面白さを味わうことができる研究室です。最新鋭の計測原理を応用開発し、不思議な流れを発見して、流れの制御技術に活かします。船舶や風車など今世紀の地球環境を守るアイデアで賑わっています。

大型船の省エネ技術洋上実験とアート形垂直軸風車の風洞試験《研究テーマ》

  • 船舶の摩擦抵抗低減〜メカニズムからクルーズまで
  • 風力発電システムの高機能化・低騒音化・アート化
  • 大風洞を活用した空力実験と立体画像処理技術の開発
  • 超音波ドップラーによる液体金属や複雑流体の透視法
  • 乱流遷移のメカニズムに関する非線形流体力学

■エンジンシステム研究室

カーボンニュートラル社会の実現を目指して，自動車は電動化とともにエンジンの高度利用が求められています．例えば太陽光と二酸化炭素から生成されるe-fuelに代表される液体合成燃料は二酸化炭素の排出低減の切り札として期待されており，燃料とエンジンの両面から環境に優しい循環エネルギー社会の実現を目指して取り組んでいます（図１）．

《研究テーマ》

    高圧燃料噴射化で進化するディーゼル燃焼
  • e-fuelおよび含酸素燃料を用いたディーゼルエンジン性能の改善
  • ドライリフォーミング反応を用いたエンジン気筒内改質
  • 燃料改質ガス添加によるガソリンエンジンのノッキング抑制
  • ポスト噴射燃料の部分酸化およびシリンダ壁面付着現象の解析
  • オゾンによるNOx吸着と脱離および脱硝評価
  • 固体尿素を用いたSCR触媒の浄化特性
  • 薄膜熱電対と画像を用いた壁面熱流束の評価
  • 透過光減衰法を用いた後燃え期間におけるすす生成抑制に関する研究（図２参照）
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